Дезинфекция, дезинфекция на питейна вода с ултравиолетови лъчи и водороден прекис
Извършване на дезинфекция, дезинфекция на вода с ултравиолетово лъчение и водороден прекис (H202) за инактивиране на микроорганизми.
Водоснабдителната компания N.V, PWN (Северна Холандия) възнамерява да замени хлорирането с по-продуктивен процес в един от заводите за дезинфекция на питейна вода. Целите са да се ограничи образуването на странични продукти в процеса на дезинфекция на водата, да се повиши степента на инактивиране на патогените, да се създадат множество бариери за регулиране на органичните замърсители.
Беше проведено проучване, което демонстрира осъществимостта на дезинфекция на вода с помощта на ултравиолетово лъчение във връзка с водороден пероксид H202 (ултравиолетови обработки / водороден пероксид H202) за първична дезинфекция на вода и контрол на пестицидите при директно третиране на повърхностни води. Целта на този етап от модернизацията е да се решат проблемите, свързани с образуването на животински продукти и необходимостта от създаване на бариери за патогени, като протоза, както и бариери за микроскопични замърсители, като пестициди. При усъвършенствани методи за технология за дезинфекция на вода (ултравиолетови / водороден прекис H202), образуваните хидроксилни радикали действат 106-109 пъти по-бързо от озона.
Фотолиза и усъвършенствани методи на окисляване при UV/пероксидна обработкаводород Н20212
Ултравиолетовата фотолиза се основава на абсорбцията на фотони на ултравиолетовото лъчение от замърсители, което води до разлагането на тези вещества на по-малки елементи. За процеса на фотолиза е необходимо абсорбираната енергия да е по-голяма от енергията на свързване.
Наред с поглъщането на фотони от ултравиолетово лъчение, важен фактор е квантовият добив на разпад. Съставите с висока ултравиолетова абсорбция и висок квантов добив са много склонни към фоторазграждане. Въпреки това, не всички вещества имат достатъчна способност да абсорбират ултравиолетова радиация или имат висок квантов добив. Следователно, за да се намали селективността на разлагането, може да се добави водороден пероксид H2O2, поради което се образуват хидроксилни радикали.
Общият израз за скоростта на разграждане на замърсителите е комбинация от термин, който отразява приноса на директната фотолиза на ултравиолетовото лъчение, и термин, който определя реакциите на хидроксилните радикали:
Дезинфекция на вода с ултравиолетово облъчване
Публикувана е много работа за инактивирането на фекални колиформени бактерии чрез ултравиолетово лъчение. Известно е, че вирусите и спорообразуващите бактерии са по-устойчиви на ултравиолетова радиация от колиформните бактерии. Вирусите, бактериалните спори и образуванията на амеба изискват 3, 4, 9 и 15 пъти повече UV излагане, за да постигнат същото ниво на инактивиране като Escherichia coli.
Досега се смяташе, че кистите на протозата не са чувствителни към ултравиолетова светлина, но последните проучвания показват, че кистите на Cryptosporidium parvum и Giardia mirus са относително чувствителни към ултравиолетова радиация.
За процеса на дезинфекция на водата много важен параметър е възможността за възстановяване на жизнената активност на патогенните микроорганизми. Добре известно е, че някои микроорганизми могат да се възстановят след облъчване с ултравиолетова радиация. Бактериите E coli, инактивирани от ултравиолетово лъчение с нисък интензитет, регенерират своята ДНК след няколко дни на тъмно. Крайната цел на дезинфекцията на питейната вода с ултравиолетово лъчение е такова унищожаване на ДНК на патогените, след което възстановяването му е невъзможно.
Инактивиране на микроорганизми. Лабораторни експерименти
Доказано е, че бактериофагът MS2 е относително устойчив на UV инактивиране. При условия, когато фагът MS2, суспендиран във водата, изследван в нематод, е изложен на дози ултравиолетово лъчение от порядъка на 20–25 mJ/cm2, се постига намаляване на съдържанието на микроорганизми, съответстващо на 1 единица в логаритмична скала (фиг. 1).
Ориз. 1. Логаритъм на индекса на инактивиране на фага MS2 при дезинфекция с ултравиолетово лъчение.
За фага MS2 зависимостта на логаритъма на инактивиране от ефективната доза ултравиолетово облъчване се характеризира с почти линейна функция, особено в диапазона на дозите на облъчване до 50 mJ/cm 2 . Това се различава от кривите на UV-индуцирана инактивация за Bacillus subtilis (фиг. 2), Giardia muris (фиг. 3) и Cryptosporidium parvum (фиг. 4), за които кривината и крайните ефекти се наблюдават ясно.
Ориз. 2. Логаритъм на индекса на инактивиране на ендоспорите на Bacillus subtilis по време на дезинфекция с ултравиолетово лъчение.
Ориз. 3. Логаритъм на индекса на инактивиране на цистите на GiardiaМурис при дезинфекция с ултравиолетово лъчение.
Ориз. Фиг. 4. Логаритъм на индекса на инактивиране на ооцисти на Cryptosporidium parvum по време на дезинфекция с ултравиолетово лъчение.
На фиг. Фигура 3 обобщава резултатите от ултравиолетовата инактивация на ендоспорите на Bacillus subtilis, суспендирани във вода от нематод. Наблюдава се отчетлив ефект на кривина, когато ендоспорите са били изложени на дози ултравиолетова радиация, по-големи от 20 mJ/cm 2 .
Освен това се наблюдава отчетлив краен ефект. Една от статиите, подчертаващи този проблем, съобщава за намаляване на съдържанието на микроорганизми, съответстващо на 4 единици в логаритмична скала при радиационни дози от 60 mJ/cm 2 . В разглежданото изследване са получени данни за редукция, еквивалентни на 3 и 4 логаритмични единици при облъчване съответно от 60 и 120 mJ/cm 2 .
Доказано е, че кистите на Giardia muris, суспендирани във вода от нематод, са относително податливи на UV инактивиране. При дози ултравиолетово лъчение от около 20 mJ/cm 2 резултатът от инактивирането на Giardia muris се характеризира с показател над 2 логаритмични единици. Въпреки това, при радиационни дози, по-големи от 20 mJ/cm2, се наблюдава отчетлив краен ефект върху кривата на способността на ултравиолетовото лъчение да инактивира инфекциозния потенциал на кистите на Giardia muris (фиг. 3). Увеличаването на дозата на облъчване на Giardia Muris до 120 mJ/cm 2 добавя само 1 логаритмична единица инактивиране в сравнение с доза от 20 mJ/cm 2 .
Ооцистите на Cryptosporidium parvum, суспендирани във водата, изследвана в PWN, са много чувствителни към ниски дози ултравиолетово облъчване. При експерименти, при които ооцистите са били изложени на радиационни дози от 20 mJ/cm2, намаление наинфекциозност на тези микроорганизми, съответстваща на 3 логаритмични единици. При ооцистите на Cryptosporidium parvum крайният ефект с увеличаване на дозата на облъчване не е толкова изразен, както при кистите на Giardia Muris (фиг. 4). При дози ултравиолетово лъчение, приблизително равни на 120 mJ/cm 2, индексът на инактивиране се изразява в 4-5 логаритмични единици. Въпреки това, наличието на крайно разпадане на диаграмата на инактивиране (фиг. 5) показва възможното присъствие на фракция, устойчива на ултравиолетово лъчение във всяка група ооцисти. Това предположение изисква потвърждение чрез молекулярен анализ на устойчивата на радиация фракция на ооцистите. Получените данни показват, че дезинфекцията на водата с ултравиолетово лъчение е много надеждна технология за инактивиране на патогени в питейната вода. Доза ултравиолетова радиация, еквивалентна на 105 mJ/cm 2, осигурява висока степен на инактивиране на фаги и ендоспори и пълно инактивиране на протозисни цисти и ооцисти.
Ориз. Фиг. 5. Инактивиране на MS2 фаги, ендоспори на Bacillus subtilis и ооцисти на Cryptosporidium parvum при дезинфекция с дози ултравиолетово лъчение от 120 mJ/cm2
Възстановяване на жизнените функцииМикроорганизми
Важно е да се разбере, че няма общоприето мнение дали ултравиолетовото облъчване причинява трайна или временна инактивация на микроорганизмите. Сравнително малко се знае за способността да се възстановява увредена ДНК в кисти на водни патогени на протоза.
Данните показват, че нито ооцистите на Giardia muris, нито на Cryptosporidium parvum са способни да се възстановят при изкуствени условия. Данните за възстановяване in vivo за кисти на Giardia muris са показани в таблица 1.
отОт тези данни може да се заключи, че Giardia muris може естествено да се възстанови след ултравиолетово третиране при ниски дози радиация от порядъка на 25 mJ/cm 2 . Това е значително по-ниско от стойността на дозата от 105 mJ/cm2, необходима за инактивиране на MS2 фаги, съответстваща на 3,5 логаритмични единици. Поради "крайната точка" на животинския модел, in vivo възстановяването на ооцисти на Cryptosporidium parvum не може да бъде тествано.
Разграждане на органични микроскопични замърсители.
Лабораторни експерименти с предварително обработена вода от езерото Issel.
Брой изминали дни
Брой заразени мишки / Общ брой мишки